En teknik för att skapa ett material för kostnadseffektiv vattenelektrolys använder en enkel kemisk metod för att förbereda nickelbaserade anoder för att förbättra syreutvecklingsreaktionen. Effektivitetsvinster som denna som utvecklats av KAUST är viktiga för att utveckla förnybar energi.

En teknik för att skapa ett material för kostnadseffektiv vattenelektrolys använder en enkel kemisk metod för att förbereda nickelbaserade anoder för att förbättra syreutvecklingsreaktionen. Effektivitetsvinster som denna som utvecklats av KAUST är viktiga för att utveckla förnybar energi.

Väte lagrar enormt mycket energi och erbjuder därför en stor potential som ett hållbart, kolfri kraftkälla. Väte är också rikligt på jorden, fast främst i form av vatten. Elektrokatalys kan separera väteatomerna från syreatomerna, men en avgörande faktor är en process som kallas syreutveckling. Syrehastigheten är känd för att påverka den totala produktionen av väte, så forskare söker efter en katalysator för att förbättra denna reaktion.

Ädelmetaller, såsom iridium och rutenium, har utmärkt syreutvecklingsprestanda, men är väldigt dyra. Som ett billigare alternativ, Ph.D. student Tatsuya Shinagawa och praktikstudent Marcus Ng guidades av docent Kazuhiro Takanabe från KAUST Catalysis Center för att använda en enkel kemisk metod för att förbättra syreutvecklingsreaktionen.

Nickelbaserade elektrokatalysatorer har visat uppmuntrande prestanda i tidigare experiment. Anmärkningsvärt bland dessa är nickel-järnoxid; men kostnaden och komplexiteten för dess syntes är en nackdel.

"Befintliga elektrolysatorer fungerar i extremt alkaliska eller sura miljöer, och dessa hårda förhållanden kommer att bli dyra när de drivs av förnybara energikällor, "sade Shinagawa." Det är också viktigt att de flesta studier om elektrokatalytisk vattensplittring har utförts vid rumstemperatur. Högre temperaturer krävs i praktiska system. "

Lagets protokoll innebär upprepad redoxcykling av nickel i en karbonat- eller fosfatelektrolyt vid måttligt pH och temperatur på cirka 55 ° C och utvärdering av vattensplittande processprestanda vid förhöjda temperaturer (upp till 80 ° C)

Avbildning av den resulterande nickelelektroden med ett svepelektronmikroskop indikerade att tillverkningsprocessen omstrukturerar ytan för att skapa ett lager av nickeloxidhydroxid som är mer än en millimeter tjockt. Den tredimensionella strukturen i detta lager kan fånga svagt bundna alkalimetallkatjoner och vatten.

Teamet visade att deras elektrod uppvisade mycket bättre syreutvecklingsreaktionsprestanda jämfört med nickel-järnoxid under nära neutrala pH-förhållanden och vid temperaturer som vanligen används vid industriell bearbetning.

"Vi hoppas kunna följa denna studie genom att bygga en ytterligare förståelse för materialets egenskaper och dess prestanda, "sa Shinagawa." Till exempel, en fördjupad studie om kinetik kommer att identifiera det begränsande reaktionssteget över den beredda nickelbaserade elektrokatalysatorn, vilket kommer att leda till ytterligare förbättring av den katalytiska aktiviteten. "